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黑洞是怎么形成的?

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    2006-08-30 15:26:00
  •   “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。 
    根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。
      而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。 等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。
      实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。 那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。 我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。
      这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。 质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。
      如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。 这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
       与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。
      这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。 在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。
      这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。 更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。
      这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背! “黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。
      有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。 参考资料: 。

    呵***

    2006-08-30 15:26:00

  • 2006-08-30 15:21:25
  •   昔日的恒星衰老了,恒星的成份多为氢气,氢就是让恒星发光的燃料。每个恒星的内部都在进行核融合反应,有点像连续引爆氢弹那样,将氢气转化为能量:光与热。恒星在「燃烧」氢气时,必得面对一场拉锯战:一方面恒星内部的热压力会促使恒星扩张,就像把气球吹大那样:另一方面,恒星本身重力的拉扯力又促使恒星缩回来。
      因此恒星在发热时,这场拉锯战是陷於胶著状态的,恒星的大小也不会起变化。但一旦核反应停止,恒星就得对重力让步,因而整个崩溃下来,就像气球泄了气一样。 恒星年纪一大就开始变冷。由於没有了热能,这个老迈的庞然大物无法产生足够的内部压力以抵抗重力的收缩,因此开始崩溃并缩小。
      但恒星虽然在缩小,却没有损失任何物质;氢仍旧在,只是被极力压缩而已。这意味著恒星所有的质量都向中心趋进许多,也就是将重力集中於一个小地方。小型的恒星会缩小成所谓的「白矮星」,与地球大小相当,但已停止核融合的恒星。较大的恒星则在一抹耀眼的华光,所谓的「超新星」爆炸中自我毁灭殆尽,原来的质量几乎被轰得一点不剩。
       但如果恒星的剩余质量够大(约达我们的太阳质量的一点四倍)那麼这些仅存的物质可能会变成黑洞。

    哆***

    2006-08-30 15:21:25

  • 2006-08-30 15:14:53
  • 你去问科学家吧~~~

    独***

    2006-08-30 15:14:53

  • 2006-08-30 15:12:55
  •   黑洞是一种异乎寻常的神秘的客体——它是如此地沉重,以至没有什么东西可以逃脱它们巨大的吸引力的拖曳——这个概念是在1916年作为纯理论,由物理学家卡尔·施瓦兹蔡尔德根据爱因斯坦相对论的数学方程而进行的令人惊异的计算而提出的。 
    虽然在60年代,天文学家就开始收集这些特殊客体可能真实地存在的证据,近十多年来他们已经开始认为这些客体可能甚至就是很普通的事物。
      最近,公开发表的哈勃望远镜图像和测量的最新结果提供了强有力的例证足以使那些甚至持怀疑态度的天文学家相信至少有一个庞大的黑洞确实存在,它深深地埋没在被称为M87的星系的中央。 问题在于——如同这个名字的含意那样——黑洞根本不会发射出光线,因此探测它是极其困难的。
      任何物质和光线,当它足够靠近黑洞——比任何一个被称为“事件水平线”的想象的边界更接近——而穿越时,不可能也从来没有逃脱过黑洞的引力,因而也根本不可能被看到。 所有的观察都必须间接地进行。哈勃天文学家看到某些东西表现为一个向内旋转的热空气的圆盘,像被吸向一个“宇宙浴缸”出水管的物质的漩涡那样,因为吸引作用如此地强烈,物质移动极其迅速,因而变得非常热。
       许多天文学家认为,如果M87实际上的确隐含有一个黑洞的话,这些现象将会在被认为也具有黑洞的大量其他的行星系上得到证实。某些人感到,行星系中很大一部分,甚至所有的行星系将会被发现在它们的中心具有黑洞。 20世纪60年代,黑洞的观测已引起人们的注意。
      这时,依据广义相对论,人们又提出了一种“白洞”理论。 白洞是高能天体物理研究的产物,例如,60年代人们发现的类星体个头儿不大,但亮度极高,人们猜测其中心可能有一个白洞。 黑洞的一个特点是,它在自己周围形成了一个封闭的边界。这个边界是只许进不许出,这是对黑洞“势力范围”的界定。
      白洞也有一个边界,它吸引外界物质的辐射只能到这个边界,并不能通过边界而进入白洞,可是白洞内部物质和辐射不受边界限制。因此,白洞像源泉,不断地向外部喷射物质。正因为它“只出不进”的特点,使它成为一个可见的天体,因此它是“白的”。 白洞“只出不进”,那它的物质不会枯竭吗?若不枯竭,这些物质从何而来呢?有人提出一种设想:白洞与黑洞是相通的,二者之间有一通道,它叫做“虫眼”或“虫洞”,甚至有人把它称作“爱因斯坦—罗森桥”(同爱因斯坦不同,罗森的理论认为黑洞是不存在的)。
      有趣的是,正是这条通道把黑洞吸积的物质运到白洞喷发出去。 白洞是怎样形成的呢?著名的英国天体物理学家霍金曾对黑洞理论作出重要的贡献。他认为黑洞有“自发蒸发”现象,它会使黑洞质量减少。小黑洞在很短时间内就蒸发干净,大黑洞则需要时间较长才可蒸发干净。
      蒸发过程中,质量不断减小,且随质量的减小加速蒸发。最后发生一种反收缩方式的猛烈爆发,这与白洞很类似。这是否意味着,黑洞的终结是白洞的开始。 总的来说,白洞和虫洞还只是广义相对论的一个数学结果,还未得到证实,而且就理论自身来看,也还有许多问题要解决 参考资料: 参考资料: 。
      

    c***

    2006-08-30 15:12:55

  • 2006-08-30 15:11:29
  •   科学家认为,质量相当于太阳的黑洞是超新星爆发的结果,但是对于巨大黑
    洞的起源,目前还没有定论。巨大黑洞不能由小黑洞聚合而成,就没有突然形成
    中间质量黑洞的途径了吗?要存在这种可能关键之处在于是否能把具有太阳质量
    100 万倍的天体凝缩至0。
      01光年以下的空间。作为一种可能性,美国哈佛大学的 科学家提出了一种新的设想:在宇宙诞生之初由大质量的天体产生了中间质量的 黑洞。科学家们把这个过程用计算机进行了模拟,结果显示,在宇宙诞生30万年 时,大质量天体中发生了电离,大小凝缩至0。
      01光年以下。此时,宇宙中澄澈无 比,光能够通行无阻。由此产生的黑洞质量约为太阳的10万倍到100 万倍,基本 上是在与星系无关的空间形成的。 黑洞与星系遭遇,在力学的摩擦效应作用下,黑洞便落入星系的中心。如果 落入星系中心的黑洞一年间会附着一个太阳质量的物质的话,1 亿年后就会拥有 1 亿倍以上太阳质量,从而成为巨大黑洞。
      以类星体的能量来说,如此规模的质 量附着是必不可少的。但是这种模型也不能完全自圆其说。考虑到一般的宇宙模 型,以这种机理形成的黑洞的数目比星系的数目要少得多。因此,在理论上,形 成巨大黑洞的确切过程应当说仍未明了,所以具有中间质量、围绕星系中心旋转 的M82 星系黑洞,是非常耐人寻味的。
      关键问题在于求出M82 星系黑洞的准确质 量,并搞清其形成的过程。这些问题的解决对于揭开巨大黑洞之谜,具有决定性 的意义。 巨大黑洞的起源之谜直到今天仍包裹在重重迷雾之中。黑洞是如何越变越大 的,巨大黑洞与星系的诞生和演化又具有怎样的关系,需要解释的疑问还很多。
       附注:来自雅虎香港 黑洞這種看不?的宇宙???鏊?放的能量可能高達宇宙誕生以?硭锌?量?和的一半,但這?理?尚?進一步的?證。 多年?恚煳?W家早已猜?y黑洞??射能量,但其量?o法與?a星相比。根?钚碌难芯堪l現其??黑洞所?射的能量可與?a星相匹?场? 正在義大利主持一? X-ray 天文?W?h的 NASA 哥達德太空飛行中心科?W家 Nicholas White 表示,如果以可?光的宇宙?砜矗坪跤钪嬷写蟛糠帜芰慷?碜?a星,但新的研究發現,隱藏在?m埃與?怏w背後的?射能量也相?巨大,而這些能量可能?碜院诙础S伸逗诙词且环N?o法看?的星體,因此科?W界原本?λ牟?y頗多,但近年?碓谟^?y技術的大幅的進步下,黑洞之存在已不容置疑,而它的?射大部分都在 X-ray 範?? 黑洞的種?也相?多,與?奶煳?W家 Fabian 表示,超巨質量黑洞可達太?質量的一百萬、甚至十?|倍,但體積?s只有太?系大小,??怏w被吸進黑洞?r,?_到?O高的速度?K產生巨大的能量。
      ?倪@些高?亍⒏咚?怏w所?射出?淼木薮竽芰浚ㄩL範?w可?光至 X-rays,但其可?光?射直到最近才被觀?y到。 新的 X-ray 觀?y?x器,包括詹德拉望遠鏡,未?矶?⒛茯?證這?理?的正確性。與?目?W家 Maran 表示,黑洞的?射究竟是否有這麼多,關鍵就在於超巨質量黑洞到底只是???星體或是真正存在而定。
       黑洞怎麼形成的~~?答案是?a星衰老了。 ?a星的成份多???猓簿褪亲?興登堡?這?拥娘w船飄浮不??的輕質物質。 ?渚褪亲??a星發光的燃料。 每???a星的?炔慷荚谶M行核融合反?悬c像連續引爆???那?樱???廪D化?槟芰浚汗馀c?帷?a星在「燃????r,必得面?σ?隼??穑? 一方面?a星?炔康??毫?偈?a星?U??,就像把?馇虼荡竽?樱? 另一方面,?a星本身重力的拉扯力又促使?a星縮回?怼R虼?a星在發??r,這?隼??鹗窍蒽赌z著狀?B的,?a星的大小也不?鹱?化。
       但一旦核反?V梗?a星就得?χ亓ψ?步,因而整??崩?⑾?恚拖?馇??庖?印? 不過?a星年紀一大就開始?冷。由於?]有了?崮埽@??老邁的?然大物?o法產生足?虻?炔?毫σ缘挚怪亓Φ氖湛s,因此開始崩??K縮小。 但?a星雖然在縮小,?s?]有?p失任何物質;?淙耘f在,只是被?O力?嚎s而已。
      這意味著?a星所有的質量都向中心?進許多,也就是?⒅亓徐兑??小地方。 小型的?a星?s小成所謂的「白矮星」,與地球大小相?,但已停止核融合的?a星。較大的?a星?t在一抹耀眼的華光,所謂的「超新星」爆炸中自我??绱M,原?淼馁|量?缀醣晦Z得一點不剩。
       但如果?a星的剩餘質量?虼?約達我??的太?質量的一點四倍)那麼這些?H存的物質可能??成黑洞。以下?D?槔@???a星被?嚎s到直?街挥幸挥⒘ā4?r表面上的重力??得連它自己的光都?o法逃?。那??天體?在原地,再也看不到它了。
       """任何接近它的物體都?晃M去,然後消逝在「黑洞」中。""" 在 超 新 星 爆 發 後 , 如 果 ?a 星 剩 餘 質 量 超 過 3 ?? 太 ? 質 量 , 中 子 ? ????力 亦 不 足 以 抵 抗 向 ??的 引 力 , 這 ?r 在 已 知 的 物 理 理 ? 裡 面 , 再 ?] 有 更 ?? 的 力 能 足 以 與 引 力 一 ?Q 雌 雄 , ?a 星 只 可 以 不 ??塌 縮 , 成 ??黑 洞 。
       如 我 ?? 把 一 顆 石 ?K 向 上 ?? , 它 ??很 快 跌 回 地 面 , 我 ?? 用 點 ???? , 它 ??飛 得 高 一 點 ; 假 若 再 加 把 ??, 令 石 ?K 向 上 速 度 達 逃 逸 速 度 , 它 便 ??直 衝 出 宇 宙 , 一 去 不 返 。
       ?a 星 質 量 越 大 , 體 積 越 小 , 引 力 的 羈 絆 便 越 大 , 所 需 逃 逸 速 度 亦 越 高 。 另 一 方 面 , ??恩 斯 坦 的 相 ??? ??言 宇 宙 中 最 高 的 速 度 便 是 光 速 , 所 以 如 所 需 的 逃 逸 速 度 大 於 光 速 , 那 麼 宇 宙 中 包 括 光 在 ??的 一 切 都 不 可 能 逃 離 引 力 的 魔 掌 , 這 顆 ?a 星 便 成 ??黑 洞 。
       不 了 解 ?V 義 相 ??? , 便 不 能 真 正 了 解 黑 洞 。 ?V 義 相 ??? 的 中 心 思 想 是 質 量 ??扭 曲 其 附 近 的 ?r 空 , 質 量 越 大 , 影 ? 越 明 顯 。 牛 頓 力 ?W 認 ??月 球 繞 地 球 旋 轉 , 是 因 ??月 球 受 到 地 球 引 力 的 吸 引 ; 但 ?V 義 相 ??? 的 說 法 ?t 是 地 球 的 質 量 扭 曲 了 附 近 的 ?r 空 , 月 球 在 不 平 坦 的 ?r 空 以 最 自 然 的 方 式 運 行 , 結 果 走 出 了 一 ?l 繞 著 地 球 轉 的 曲 ? , 情 ?r 就 如 ?? 珠 在 不 平 坦 的 地 面 走 , ??左 ?u 右 ?[ 一 ??。
       同 ??道 理 , 光 ? 在 通 過 大 質 量 物 質 附 近 ?r , 亦 不 ??以 直 ? 運 行 。 黑 洞 是 引 力 ?O ?? 之 地 , 光 ? 路 ??扭 曲 的 程 度 , 足 以 令 光 ? ?o 法 逃 跑 。
       在 黑 洞 附 近 , 光 ? ( 包 括 宇 宙 所 有 其 他 物 質 ) 能 否 逃 離 的 分 水 ?X 稱 ??事 件 穹 界 。 ??甚 麼 叫 事 件 穹 界 呢 ? 原 因 很 ? ??, 由 於 在 事 件 穹 界 之 ??的 一 切 皆 不 能 逃 離 , 所 以 在 這 ?? 界 限 以 ??發 生 的 一 切 , ??永 遠 不 能 ??人 所 知 , 事 件 穹 界 便 是 事 件 能 ??人 所 探 知 的 ?O 限 。
       ??於 一 ?? 史 瓦 西 黑 洞 ﹐ 即 一 ?? ?K 不 自 轉 和 不 ??? 的 黑 洞 ﹐ 事 件 穹 界 的 半 ??稱 ??史 瓦 西 半 ??(RS) , ??值 的 大 小 只 取 ?Q 於 黑 洞 的 質 量 。 “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然。
      所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来。   根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
         等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的,等一会儿我们会讲到。
         那么,黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒星演化而来的。   我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。
      所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。   质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
         这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
         与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。
      可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。   在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。
      而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。
         更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!   “黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。
      许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。 一个光亮的恒星为什麼会变成黑洞?答案是恒星衰老了。恒星的成份多为氢气,也就是让兴登堡号这样的飞船飘浮不坠的轻质物质。
      氢就是让恒星发光的燃料。每个恒星的内部都在进行核融合反应,有点像连续引爆氢弹那样,将氢气转化为能量:光与热。恒星在「燃烧」氢气时,必得面对一场拉锯战:一方面恒星内部的热压力会促使恒星扩张,就像把气球吹大那样:另一方面,恒星本身重力的拉扯力又促使恒星缩回来。
      因此恒星在发热时,这场拉锯战是陷於胶著状态的,恒星的大小也不会起变化。但一旦核反应停止,恒星就得对重力让步,因而整个崩溃下来,就像气球泄了气一样。 不过恒星年纪一大就开始变冷。由於没有了热能,这个老迈的庞然大物无法产生足够的内部压力以抵抗重力的收缩,因此开始崩溃并缩小。
      但恒星虽然在缩小,却没有损失任何物质;氢仍旧在,只是被极力压缩而已。这意味著恒星所有的质量都向中心趋进许多,也就是将重力集中於一个小地方。小型的恒星会缩小成所谓的「白矮星」,与地球大小相当,但已停止核融合的恒星。较大的恒星则在一抹耀眼的华光,所谓的「超新星」爆炸中自我毁灭殆尽,原来的质量几乎被轰得一点不剩。
       但如果恒星的剩余质量够大(约达我们的太阳质量的一点四倍)那麼这些仅存的物质可能会变成黑洞。以下图为例,这个恒星被压缩到直径只有一英哩。此时表面上的重力强得连它自己的光都无法逃脱。那个天体还在原地,再也看不到它了。任何接近它的物体都会被吸进去,然后消逝在「黑洞」中。
       。

    1***

    2006-08-30 15:11:29

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